不同規劃期內橋梁養護技術優選評價

吳憲鍇

(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司 沈陽市 110166)

1 概述

近年來，公路橋梁養護里程逐年增多，投入橋梁養護的資金也在逐年增長，養護成本尚存在降低和優化空間。針對同一橋梁病害可以有不同的養護手段，在選擇養護技術時，養護成本往往是決策者首要考慮的指標。但是，在進行養護決策時，僅考慮成本而不考慮養護技術的使用壽命，可能會致使橋梁在整個養護周期中陷入多次養護而間接增加成本[1]。所以，考慮在不同規劃期內橋梁養護技術的選擇是十分必要的。

2 不同規劃期內橋梁養護技術評選模型

2.1 資金的時間價值

資金的時間價值，簡單地說，就是同樣數額的資金在不同的時間點上具有不同的價值，即資金的增值特性。資金的時間價值通常可以用貼現率i來表示，將未來發生的維護費用折現到現在的費用,可用式(1)進行計算：

(1)

式中：Cpm—方案費用的凈現值；

Ckm—方案費用的總費用；

i—折現率；

k—方案的分析期。

2.2 評價指標的選擇

單一病害下的多種養護技術在一定程度上是存在差異的，需要根據養護技術的性能和特點來篩選滿足要求的養護技術，因此，構建的指標體系是否合理、科學，將會影響評選結果的有效性。綜合考慮橋梁的技術狀況和橋梁養護技術的特點，這里分別考慮養護技術的成本、有效壽命和適用指數(即養護技術適合養護的病害嚴重程度)作為評價指標，且考慮到養護技術多次施用的成本，將有效壽命指標在成本指標換算中進行考慮[2]。

2.3 評價方法的建立

2.3.1指標初處理

成本指標按式(2)進行初處理：

(2)

式中：C0i—成本指標初處理值；

i—養護技術類型；

n—評價年；

l—養護技術的有效壽命；

ti—養護技術i的工程量；

ci—養護技術i的單價。

參考《公路橋梁技術評定標準》(JTG/T H21-2011)，適用指數按以下步驟進行初處理：

第一步：病害標度轉換值，其計算公式見式(3)

A0i=100-Ui

(3)

式中：A0i—病害i適用指數的初處理值；

Ui—病害i的扣分值，扣分值見表1(取自《公路橋梁技術評定標準》(JTG/T H21-2011))；

表1 病害扣分值

第二步：計算隨時間退化的適用指數初處理值，計算公式見式(4)

Aij=100-|Ai-Aj|

(4)

式中：Aij—病害i對應的養護技術j的適用指數的初處理值；

Aj—養護技術j適用指數的適用指數轉換值，取值見表2(由表1轉換而來)；

表2 養護技術適用指數的適用指數轉換值

Ai—病害i隨時間變化的退化值，Ai和時間n的關系見式(5)(本式由某養護管理系統退化模型[3]擬合而來，橋梁退化曲線見圖1)；

圖1 橋梁退化曲線

s0j=p1n3+p2n2+p3n+p4

(5)

p1=0.002056，p2=-0.1147，p3=-0.1757，p4=100.3

式中，n為構件技術狀況等價年，如構件的評分為80分，根據式(5)計算，此時n為14年，且從14年開始依次增加。

2.3.2評選體系

由于各評價指標數據之間的數量級和量綱不一致，不能直接使用原始數據進行評選，所以需要對數據進行歸一化處理，將它們轉換為一個綜合度量。成本指標和適用指數分別采用式(6)、式(7)進行歸一化：

(6)

(7)

式中：Dci—第i種養護技術的成本指標數據歸一化處理后的數值；

Dsi—第i種養護技術的適用指標數據歸一化處理后的數值；

dci—第i種養護技術對應的成本指標參數的數值；

dsi—第i種養護技術對應的適用指數指標參數的數值。

對數據進行處理后，將指標值與相應的權重相乘即可，這里默認的權重值為成本指標0.5，適用指數0.5。

這樣，不同規劃期內橋梁養護技術評選模型即構建完畢，評選體系為：指標初處理(相應的計算公式、歸一化處理)→權重分配(這里默認成本指標和適用指數指標權重值各0.5)→模型計算(簡單線性加權法)[4]。

3 案例分析

某10m空心板梁一處蜂窩麻面病害，面積為0.2×1.0m2，病害標度為2，現有三種修補材料可以選用，分別為普通水泥砂漿修補、聚合物砂漿修補和環氧砂漿修補，對三種維修方案進行比較，分別對3、5、10年的適用性進行分析。

表3 養護技術基本數據

根據表1、表2和式(5)，蜂窩麻面病害標度為2，扣分值Ui為20，適應指數初處理值A0i為80，對應的評價年n為14，普通水泥砂漿修補、聚合物砂漿修補和環氧砂漿修補三種方法的適用指數換算值Aj分別為80、65、65。根據式(5)進行計算，構件病害隨時間的退化值Ai見表4，根據式(4)和表4進行換算，適用指數的初處理值Aij計算結果見表5。

表4 病害隨時間的退化值

表5 適用指數的初處理值

將成本指標通過公式(1)進行初處理換算，得到的結果見表6。

表6 成本指標初處理結果

通過式(6)、式(7)分別對成本和適用指數指標進行歸一化處理，并將歸一化處理后的結果按權重各0.5進行分配，通過簡單線性加權法進行加權求和，得到每種養護技術的綜合評分，見表7和圖2。

表7 養護技術綜合評分

圖2 不同規劃期的養護技術多屬性評選

從計算表格和圖表中可以看出，在為期3年的規劃期內，病害標度為2的混凝土蜂窩麻面病害選擇普通水泥砂漿修補技術較好；在為期5年的規劃期內，病害標度為2的混凝土蜂窩麻面病害選擇聚合物砂漿修補技術較好；在為期10年的規劃期內，病害標度為2的混凝土蜂窩麻面病害選擇聚合物砂漿修補技術較好。

4 結語

基于橋梁構件病害和養護技術的特點，篩選橋梁養護技術優選的評價指標，并結合《公路橋梁技術狀況評定標準》(JTG/T H21-2011)，構建不同規劃期內橋梁養護技術的優選評價模型。可針對病害的不同嚴重程度，篩選出在不同規劃期內綜合性能更佳的養護技術，輔助養護管理者進行決策，降低養護成本，提高養護效率。這里僅提供一種決策思路，決策結果的準確性還要取決于若干數據和信息的數量及準確性，還需不斷積累和進一步完善。